Лесные культуры. Методология научных исследований

 

 

 

 

 

 

 

Ю. П. ДЕМАКОВ   Д. И. МУХОРТОВ    В. Г. КРАСНОВ 

 

ЛЕСНЫЕ КУЛЬТУРЫ 

МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ 

ИССЛЕДОВАНИЙ 

 
 

Учебное пособие 

под общей редакцией Ю. П. Демакова 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2021 

 

УДК 630*231:001.89(075.8) 
ББК 43.4я73 
        Д 30 
 

Рецензенты: 

Черных В. Л., доктор сельскохозяйственных наук,  

профессор кафедры лесоводства и лесоустройства ПГТУ;  

Корепанов Д. А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор  
кафедры экологии, почвоведения и природопользования ПГТУ 

 
 
 

Печатается по решению редакционно-издательского совета  

Поволжского государственного технологического университета  

 
 
 
Демаков, Ю. П. 

Лесные культуры. Методология научных исследований: 

учебное пособие / Ю. П. Демаков, Д. И. Мухортов, В. Г. Краснов; 
под общ. ред. Ю. П. Демакова. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2021. – 188 с. 
ISBN 978-5-8158-2213-9 

 

В учебном пособии изложен широкий круг вопросов, связанных с сущностью 

научного познания объекта исследования, планирования и постановки экспериментов. Особое внимание уделено математической обработке эмпирического материала и анализу результатов натурных исследований в лесном хозяйстве. Освоение материала рассчитано на большой объем самостоятельной работы обучающихся. 

Для студентов и аспирантов лесохозяйственных специальностей и направле
ний подготовки. 

 

УДК 630*231:001.89(075.8) 

ББК 43.4я73 

 

ISBN 978-5-8158-2213-9 
© Ю. П. Демаков, Д. И. Мухортов, 
В. Г. Краснов, 2021  
© Поволжский государственный  
технологический университет, 2021 

Д 30

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

Введение
4

Глава 1. Основы научного познания мира
5

1.1. Основные понятия о научном знании и его критерии
5

1.2. Уровни и механизмы научного познания
11

1.3. Принципы и методы научного познания
18

1.4. Формы представления научного знания
34

1.5. Системный подход к изучению природных объектов
47

Контрольные вопросы
57

Глава 2. Планирование и постановка экспериментов
58

2.1. Основы методики проведения экспериментов
58

2.2. Порядок планирования проведения экспериментов
76

2.3. Постановка натурных экспериментов
84

Контрольные вопросы
91

Глава 3. Математическая обработка эмпирического 

материала
92

3.1. Статистические характеристики выборок
92

3.2. Статистическая оценка различий между выборками
99

3.3. Кластерный анализ многомерных объектов
113

3.4. Регрессионный анализ эмпирического материала
122

Контрольные вопросы
130

Глава 4. Анализ результатов натурных исследований
132

4.1. Параметры почвы и размеры сеянцев сосны в питомниках
132

4.2. Моделирование формы ствола деревьев 
139

4.3. Закономерности роста и развития древостоев 
147

4.4. Аллометрические зависимости между параметрами деревьев
162

4.5. Прогнозирование отпада деревьев в насаждениях
176

Контрольные вопросы
181

Список литературы
182

Приложения
185

ВВЕДЕНИЕ 

 

Проблема рационального использования эколого-ресурсного потен
циала лесов является одной из важнейших в научном и практическом аспектах. Ее успешное решение возможно лишь на основе глубокого познания закономерностей развития лесных биогеоценозов и отображения их в 
форме математических моделей, позволяющих глубже понять суть происходящих изменений и принять правильные управленческие решения.  

Разработка математических моделей, адекватно отражающих реаль
ную действительность, – работа нетривиальная, требующая детального 
знания исследуемого биологического объекта и явления, глубокого 
осмысления экспериментального материала, способности исследователя 
к абстрактному мышлению, его умения выявить ведущие факторы, а 
также установить причинно-следственные связи и выразить их языком 
математики. Математическое моделирование – это творческий процесс 
поисков общих природных закономерностей, главную роль в котором 
играет целенаправленный эксперимент. Математическое моделирование 
является своего рода искусством, требующим вдумчивого подхода, эрудиции и здоровой фантазии. 

В лесном хозяйстве, по сравнению с другими отраслями, фактор 

времени имеет довлеющее значение. Для того чтобы проследить последствия влияния хозяйственных мероприятий на состояние лесных 
экосистем, нужны отрезки времени, сопоставимые или даже превышающие продолжительность жизни одного человека. Только в очень немногих случаях (например в питомниках) можно за 1-3 года оценить их 
эффективность. Для создания строгой научной теории лесовыращивания необходимы как многолетние наблюдения за развитием естественных биогеоценозов, так и активные эксперименты по созданию различных типов лесных культур. И сегодня многие научные задачи в области 
лесного дела невозможно разрешить без длительных стационарных исследований, поскольку развитие сложных природных систем плохо 
поддается формализации и точному прогнозированию. Эмпирический 
подход здесь остается основным в добывании новых знаний.  

В учебном пособии, предназначенном для студентов и аспирантов 

специальности «Лесное дело» и специализации «Лесные культуры», 
изложен широкий круг вопросов, связанных с сущностью научного познания объекта исследования, планирования и постановки экспериментов, математической обработкой эмпирического материала и анализом 
результатов натурных исследований. Глубокое усвоение материала 
предполагает большой объем самостоятельной работы обучающихся на 
основе изучения ими рекомендуемой литературы, обширный список 
которой представлен в конце книги. 

Г Л А В А  1

ОСНОВЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ МИРА

 

1.1. Основные понятия о научном знании и его критерии 

 
Что же представляет собой научное знание? Знание – форма суще
ствования и систематизации результатов познавательной деятельности 
человека, проверенный практикой результат познания действительности, верное её отражение в сознании человека. Знание противоположно 
незнанию, т.е. отсутствию проверенной информации о чём-либо. Знания 
могут быть как личностными, так и общественными, как художественными, так и техническими, однако далеко не всякое знание может рассматриваться как научное. Элементарные знания, обусловленные биологическими закономерностями, свойственны и животным, у которых 
они служат необходимым условием жизнедеятельности организма, реализации его поведенческих актов. Научным знанием нельзя считать так 
называемый обыденный, или житейский, опыт – знание, полученное на 
основе простого наблюдения и практической деятельности, не идущее 
дальше простого описания фактов и процессов, выявления чисто внешних их сторон. Житейские знания сводятся, как правило, к констатации 
фактов и их описанию, тогда как научные знания поднимаются до уровня объяснения фактов, осмысления их в системе понятий данной науки, 
включаются в состав теории.  

Сущность научных знаний заключается в понимании действитель
ности в её прошлом, настоящем и будущем, в достоверном обобщении 
фактов, в том, что за случайным оно находит необходимое, закономерное, за единичным – общее и на этой основе осуществляет предвидение. 
Задачей научного знания является обобщение разрозненных представлений о закономерностях природы, общества и мышления, а также хранение в обобщенных представлениях всего того, что может быть передано в качестве устойчивой основы практических действий. Знание – 
самое общее выражение для обозначения теоретической деятельности 
ума, имеющей притязание на объективную истину (в отличие, например, от мышления или мысли, которые могут быть заведомо фантастичны). Знание – идеальное воспроизведение в сознании человека обобщенных представлений о законах объективного мира. 

Вопрос об условиях, при которых, и об основаниях, по которым ре
зультаты нашей умственной деятельности могут иметь объективное 

значение, или вопрос о достоверности нашего знания породил целую 
философскую дисциплину, именуемую теорией познания. Термины 
«знание» и «познание», относясь в сущности в одному и тому же предмету, различаются некоторым оттенком: первый относится более к объективной стороне, к результатам умственного процесса, второй  к его 
субъективным условиям.  

Познанием называется процесс движения человеческой мысли от 

незнания к знанию. В его основе лежит отражение объективной действительности в сознании человека, получаемое им в процессе общественной, производственной и научной деятельности, именуемой практикой. Научное познание не существует вне познавательной деятельности отдельных индивидов, однако последние могут познавать (исследовать) лишь постольку, поскольку овладевают коллективно выработанной, объективизированной системой знаний, передаваемых от одного поколения ученых к другому. Движущими силами познания выступают естественное природное генетически предопределенное любопытство, присущее всем высокоорганизованным организмам, и потребности практики. Человек познает законы природы, чтобы жить в гармонии 
с ней, получая полезный для себя продукт как можно с меньшими затратами (принцип экономии сил). 

Познание вырастает из практики, но затем и само направляет разви
тие практики на овладение действительностью. От практики к теории 
и от теории к практике, от действия к мысли и от мысли к действию – такова общая закономерность отношений человека с окружающим миром. Практика является (в большинстве случаев) началом, исходным пунктом и одновременно естественным завершением всякого 
процесса познания. Следует отметить, что завершение познания всегда 
относительно, так как в процессе познания возникают, как правило, 
новые проблемы и новые задачи. Решая эти задачи и проблемы, наука 
должна опережать практику и, таким образом, сознательно направлять 
ее развитие, освещая ей путь новыми идеями. 

В процессе практической деятельности человек всегда разрешает 

противоречие между реальным положением вещей и потребностями 
общества. Указанное противоречие является источником развития познания и, естественно, находит отражение в его диалектике. Диалектика 
процесса познания выражается в противоречии между ограниченностью 
наших знаний и безграничной сложностью объективной действительности, между субъективной формой и объективным содержанием человеческого познания, в необходимости борьбы мнений, позволяющей пу

тем логических доказательств и практической проверки устанавливать 
истину. Вся деятельность науки, все человеческое познание направлены 
к достижению истинных знаний, верно отражающих действительность. 
Только истинное научное знание служит человеку могучим оружием в 
борьбе за выживание. Знание – сила, как сказал в свое время Роджер 
Бэкон. Мышление человека постоянно движется от незнания к знанию, 
от поверхностного ко всё более глубокому и всестороннему знанию. 

Научное знание в подлинном смысле слова начинается только тогда, 

когда за совокупностью фактов осознается закономерность – всеобщая 
и необходимая связь между ними, что позволяет объяснить, почему 
данное явление протекает так, а не иначе, предсказать дальнейшее его 
развитие. Научное знание  не простая совокупность знаний о фактах и 
законах окружающего нас мира, а совокупность знаний, приведенных в 
систему, где эти факты и законы связаны между собой определенными 
отношениями и взаимно обусловливают друг друга.  

Развитие научного знания идет от простого собирания фактов, через 

их изучение и раскрытие отдельных закономерностей к связной, логически стройной научной теории, объясняющей старые, уже известные 
факты и предсказывающей новые. Действительно, если знание того 
факта, что железо тяжелее дерева, можно приобрести и без науки, то 
понятие удельного веса и тем более объяснение причин того, что железо 
обладает большим удельным весом, чем дерево, принадлежит физике и 
химии. Если представление о смене дня и ночи внедряется в наше сознание на основе эмпирического наблюдения, то объяснение причин 
чередования дня и ночи, периодического возрастания и уменьшения 
длительности дня на протяжении года невозможно без астрономии. Если болезненное состояние организма, находящее выражение в ознобе, 
обнаруживается без помощи науки, то для того, чтобы можно было поставить правильный диагноз, выписать и изготовить нужные лекарства, 
необходима медицинская наука, которая опирается в свою очередь на 
биологию и химию. 

Научное знание – это система развивающегося знания о мире. Оно, 

как и всякое знание, есть совокупность образов, существующих в человеческом сознании и отнесенных к соответствующим объектам, следовательно, есть специфически человеческая форма отражения действительности. Его, как и всякое знание, можно рассматривать в субъективном и интерсубъективном плане. В субъективном плане оно является 
содержанием индивидуального познания отдельного субъекта, знающего и понимающего законы и существенные связи той или иной области 

(физики, химии, математики, биологии, социологии и т.д.). В интерсубъективном плане научное знание представляет собой стройную 
систему логически связанных между собой положений, в которых зафиксировано знание объективных связей и законов действительности. В 
этом плане научное знание уже представляет собой общественное достояние, социальное явление, являясь систематизированным, логически 
организованным знанием, отражающим объективные законы мира и 
зафиксированным в материальной форме в виде системы знаков, составляющих в совокупности определенный язык, который делает ее доступным для определенного круга лиц. Для научного знания существенным является создание и развитие специальных форм искусственного языка. 

Весьма важным представляется вопрос о критериях научности зна
ния, т.е. о том, по каким признакам выделять научные знания из всей 
сферы знаний, включающей и ненаучные формы знания. Минимальный 
набор этих признаков следующий: истинность, обоснованность, интерсубъективность, воспроизводимость, системность. 

Понятия истина и знание в гносеологии различаются между собой. 

Понятие «истина» подразумевает соответствие знания действительности, достоверность его содержания безотносительно к познающему 
субъекту и существующего независимо от него в силу своей объективности. Понятие «знание» выражает форму признания истины, предполагающую наличие тех или иных оснований, в зависимости от достаточности которых имеются различные формы признания истины: либо 
мнение, либо вера, либо практически-обыденное знание, либо научное 
знание. Под истинностью знания понимается соответствие его познаваемому предмету – всякое знание должно быть знанием предметным, 
так как не может быть знания «ни о чем». Подлинно научные знания в 
большинстве своем истинны, т.к. существуют в виде учений и законов, 
теоретических положений и выводов, подтвержденных практикой и существующих объективно, независимо от трудов и открытий ученых.  

Вместе с тем научное знание может быть как относительным, так и 

абсолютным. Относительное знание – знание, которое, будучи в основном верным отражением действительности, отличается некоторой неполнотой совпадения образа с объектом. Абсолютное знание – это полное, исчерпывающее воспроизведение обобщенных представлений об 
объекте, обеспечивающее абсолютное совпадение образа с объектом. 
Абсолютное знание не может быть опровергнуто или изменено в будущем. Следует отметить, что сложность устройства мира и непрерывное 

развитие практики исключают возможность превращения знания в абсолютное, но наука позволяет отличать истинные знания от заблуждений. Истинность, однако, характерна не только для научного знания. 
Она может быть свойственна и донаучным, практически-обыденным 
знаниям, мнениям, догадкам и т.п.  

Научное знание отмечает то, что не просто сообщается об истинно
сти того или иного содержания, но приводятся основания, по которым 
это содержание истинно (например, результаты эксперимента, доказательство теоремы, логический вывод и т.д.). Поэтому в качестве признака, характеризующего истинность научного знания, указывают на 
требование его достаточной обоснованности, в отличие от недостаточной обоснованности истинности других модификаций знаний. Поэтому 
принцип достаточного основания является фундаментом всякой науки: 
всякая истинная мысль должна быть обоснована другими мыслями, истинность которых доказана. 

Признак интерсубъективности выражает свойство всеобщности, 

общезначимости научного знания для всех людей (в отличие, например, 
от индивидуального мнения, характеризующегося персональностью, т.е. 
не общей значимостью). Истины практически-обыденного знания, истины веры и т.п. остаются «персональными», так как относятся к таким 
формам знания, которые предполагают признание истины по недостаточным на то основаниям. Истины же научного знания универсальны, 
«безличны» и принадлежат к формам знания, базирующимся на признании истины по объективно достаточным основаниям.  

Признак интерсубъективности конкретизируется требованием вос
производимости научного знания, т.е. одинаковостью результатов, получаемых каждым исследователем при изучении одного и того же объекта в одних и тех же условиях. Напротив, если знание не является инвариантным для всякого познающего субъекта, оно не может претендовать на научность, т.к. оно не обладает воспроизводимостью. 

Следует, однако, отметить, что в строгом научном смысле ни один 

эксперимент не может быть в принципе полностью воспроизведен. Так, 
для тождества двух или более экспериментов (процессов) они, помимо 
других условий, должны быть, исходя из элементарных физических соображений, совмещены во времени и пространстве, но никому пока не 
удавалось повернуть время вспять. Если же учесть постоянное изменение параметров внешней среды (климата, солнечной активности, местоположения небесных тел и т.п.), то любой эксперимент окажется в 
принципе не воспроизводимым. Это утверждение не ново, однако при 

изучении сравнительно простых физических объектов (например, маятника) оно принимается за истину, но результаты опытов в химии воспроизводятся уже с меньшей точностью. Полностью же воспроизвести 
результаты экспериментов со сложными биологическими системами 
практически невозможно. Речь может идти только лишь об относительной их воспроизводимости. Интересно отметить, что к аналогичному 
выводу пришел Л. Н. Толстой, анализируя различные науки. Он отметил, что строгостью и точностью обладает лишь математика, но именно 
потому, что она заключена в рамках раз и навсегда оговоренных ею же 
положений. Но чем ближе науки к реальной жизни (биология, экология, 
психология, социология), тем больше они утрачивают качества строгости и точности. Из этого следует, что даже если верна логика вывода, то 
факты, на которых строились выводы и теории, могут не воспроизводиться в, казалось бы, сходных условиях.  

Системность знания связана с внутренней организованностью, 

связностью между собой различных форм знания: научного, художественного и обыденного. Системная организованность научного знания 
порождает несомненность в истинности его содержания, ибо имеет 
строгую индуктивно-дедуктивную структуру, свойство знания рассудочного, полученного в результате связного рассуждения на основе 
имеющихся опытных данных. 

Научному знанию присущи логическая обоснованность, доказатель
ность и воспроизводимость познавательных результатов. Для научного 
знания характерны также: 

1) возможность и эффективность сознательного использования на 

практике; 

2) революционно-критический характер, враждебность всяческому 

догматизму и слепой вере в авторитет; 

3) наличие особого рода диалектических противоречий (между но
выми фактами и старыми теориями, между конкурирующими теориями 
и гипотезами и т.д.), разрешение которых является одной из движущих 
сил развития науки; 

4) абстрактность, ненаглядность, необычность и парадоксальность 

некоторых положений и выводов, в отличие от обыденных знаний, которые часто являются лишь поверхностными представлениями об 
окружающих нас явлениях природы и общественной жизни. 

Знания как продукт научной деятельности являются общественным 

продуктом, в котором в снятом виде заключен не только труд современного поколения ученых, но и результаты предшествующего разви